باید گفت که فنرها، در زندگی روزمره ما انسان ها کاربردهای زیادی دارند مثلا وسایل ورزشی که از آنها برای قوی شدن عضلات استفاده میشود و یا در صنایع مختلفی چون صنعت خودرو سازی و … . حال قوانینی وجود دارد حاکم بر فنرها که اولین بار فیزیکدان انگلیسی رابرت هوک رفتار فنرها را مورد بررسی قرار داد و فنرها توانستند قانون هوک را به خود اختصاص دهند که این قانون رابطه مستقیم با حد کشسانی فنر دارد و در ادامه قرار است به شرح هر کدام بپردازیم.
حد کشسانی یعنی چه؟ و چه رابطه ای با قانون هوک دارد؟
بهتر است ابتدا با واژه کشسانی آشنا شویم. حد کشسانی در فیزیک به معنای حداکثر میزان تغییر شکل جسم کشسان، بدون اینکه تغییر شکل دائمی در آن پدید آید را گویند. به زبان ساده تر، قابلیت یک جامد در بازگشتن به شکل اولیه خود پس از کشیده شدن یا هر تغییر شکل دیگر. برای مثال فنری را در نظر بگیرید که پس از کشیده شدن و به سرعت رها شدن، به شکل اولیه خود باز میگردد. حال اگر بخواهیم آن را بیش از حد بکشیم، ممکن است به شکل اولیه خود باز نگردد و یا حتی پاره شود. با نزدیک شدن به حد شکستن، فنر کشسانی خود را از دست داده و تغییر شکل دائمی می یابد. این حد از فنر را حد کشسانی می نامند.
احتمالا برایتان سوال پیش آمده که قانون هوک چه ارتباطی با این موضوع دارد؟ پاسخش آسان است. قانون هوک بیان میکند که نیروی اعمال شده به یک ماده با مقدار کشیده شدن آن متناسب است. یعنی اگر نیروی کششی وارده بر یک فنر را دو یا سه برابر کنیم، نتیجتاً دو یا سه برابر کشیده خواهد شد لذا این قانون وقتی ماده به حد کشسانی رسیده کاربرد خود را از دست میدهد. برای کسب اطلاعات درباره نحوه تولید و قیمت فنر کششی کلیک کنید.
آشنایی با قانون هوک
قانون هوک در فیزیک، مکانیک و دانش مواد کشسانی (الاستیسیته)، تقریبی است نشان دهندهٔ آن که تغییر طول یک ماده با بار وارد بر آن رابطهٔ خطی دارد. بسیاری از مواد تا زمانی که نیرو از حد کشسانی آن ها کمتر باشد با تقریب خوبی از این قانون پیروی می‌کنند. انحراف از قانون هوک با افزایش میزان تغییر شکل زیاد میشود به طوری که در تغییرشکل های زیاد، با خارج شدن ماده از دامنه کشسان خطی، این قانون کاربرد خود را از دست میدهد. موادی که قانون هوک برای آنها تقریب مناسبی باشد، مواد کشسان خطی یا «مواد هوکی» نام دارند. ساده شدهٔ قانون هوک بیان میدارد که کرنش با تنش رابطهٔ مستقیم دارد: F=-KX
که در آن x؛ جابجایی فنر فشرده یا کشیده شده از نقطهٔ تعادل آن، یکای x در دستگاه SI متر است. F؛ نیروی بازگردانندهٔ وارده از سوی فنر که با جابجایی انتهای فنر مقاومت میکند (نیروی مقاومت فنر)، در دستگاه SI یکای آن نیوتن N یا کیلوگرم متر بر مجذور ثانیه Kg m s-۲ است.k؛ ثابت فنر است که در دستگاه SI یکای آن نیوتن بر متر یا کیلوگرم بر مجذور ثانیه است. آیا می دانید چه عواملی در سختی فنر تاثیر دارند؟
وقتی چنین رابطه ای برای ماده ای برقرار باشد، می‌توان گفت که آن ماده رفتار خطی دارد و اگر نتایج آن را بر روی یک نمودار نمایش دهیم می‌بینیم که نتایج به صورت یک خط راست بدست آمده اند. علامت منفی در سمت راست رابطهٔ بالا به این دلیل است که نیروی بازگردانندهٔ فنر و جابجایی فنر همواره در جهت مخالف یکدیگر عمل می‌کنند. مثلاً اگر فنر به سمت راست افزایش طول پیدا کند نیروی بازگردانندهٔ آن در سوی مخالف و به سمت چپ یعنی در جهت جمع شدن فنر وارد میشود.
